【正文】 在此論文定稿和即將畢業(yè)之際，向我的老師和同學，尤其是指導老師楊光，致以最誠摯的謝意。正是他們的無私幫助才使我的論文寫作能夠順利進行。參考文獻［1］ ．MOTOROLA，LONWORKS ［2］ ． works for control[J]，IEEE6，1994［3］ ．Eeheon ，LonworksProduetsDataBook[J]，1996［4］ ．Sehofield ，etal，Homeautomationtakesoff[J]，DesignNews(Boston)V50Namp。同樣也只需采用一對普通雙絞線就能將多達 32 個大樓集中器練入相應的小區(qū)集中器，采用 2400bps 速率通信和驅動措施后有效距離可達 公里以上，從而使得通信線路布線施工簡單方便，同時也使得系統(tǒng)擴展靈活；⑷采用了可充電電池的備份結構，即可在停電時保證系統(tǒng)正常工作，也可免除了頻繁更換電池的麻煩；⑸整個系統(tǒng)采用集成度高的功耗芯片，電路簡單、耗電少；⑹功能擴展靈活，可以一網多用。是目前水電部門水電生產、計量和管理的發(fā)展方向。小區(qū)和后臺主機數據通信子程序如圖 所示。在這里，由于用戶所占的字節(jié)數是固定的，因此，在制定協(xié)議時應以樓宇集中器數據包的大小來決定傳輸數據包的大小。其中，每個用戶占十個字節(jié)：用戶狀態(tài)+用戶號+用戶用水量。②數據的傳輸主要使小區(qū)向后臺主機傳送，而命令和狀態(tài)字主要是后臺主機向小區(qū)傳送，這些命令定義如下：狀態(tài)：0FH：傳輸成功標志0F0H：傳輸失敗標志命令：12H：增加一個樓宇集中器13H：減少一個樓宇集中器02H：增加一個用戶03H：減少一個用戶30H：調用小區(qū)數據31H：調用一個樓宇數據01H：調用一個用戶數據塊格式為：頭字符+單字節(jié)包序號 +包序號補碼 +區(qū)號+數據長度 +數據+單字節(jié)的校驗和+CR。而主機向從機傳送的主要是一些命令。⑹當雙方數據鏈路建立后，雙方就可以傳輸數據。⑸雙方進行數據通信，同時微處理器監(jiān)視 DCD 信號。⑷監(jiān)視 MODEM 是否與對方 MODEM 建立數據鏈路，即查詢 DCD 信號是否變?yōu)楦唠娖?。⑵振鈴檢測：微處理器查詢 RI 信號“高/低”電平交替變化的次數，如果與設定次數相等，即表明微處理器檢測到對方的呼叫請求。 圖 MODEM 的初始化流程圖由于小區(qū)集中器和后臺微機之間是主從結構，即后臺微機為主機，小區(qū)集中器為從機，因此這里從機對 MODEM 的編程為被動呼叫。編程時，如果 MODEM 正常的話，可以采用每發(fā)送一條 AT 命令，延時一小段時間(如一秒鐘) ，從而避免繁瑣的判斷。初始化 MODEM 的步驟很是，調制解調器上電后，稍等一小段時間(如一秒鐘)后，單片機向其發(fā)送字節(jié)串“4Lh54HSAH40H” ，即 AT 命令‘ATZ ’和回車鍵的 ASCII 值，表示使MODEM 復位，并讀出存儲器的設置，然后發(fā)送 AT 命令“ATFCI ”和回車鍵的 ASCII 值，這表示確定出廠缺省結構，并且打開遠程載波探測信號功能開關。微處理器通過串行口發(fā)送一個個這樣的字符串，實際上相當于發(fā)送一個個 AT 命令，即可對MODEM 進行控制。編程的基本思想：先將微處理器的串行口初始化，波特率設置成 MODEM能自動識別的 2400bps，然后，在命令狀態(tài)下，將對 MODEM 進行控制的 AT命令中的每一個字符轉換成七位 ASCII 碼，最高位即第八位為零。正常情況下，在完成載波連接之后，雙方 MODEM 進入到聯(lián)機狀態(tài)。也就是說，MODEM 時時判斷從DTE 來的字符，當發(fā)現一個 AT 命令串后，其后的字符就依次存入命令緩存區(qū)中，直到遇到命令結束字符或命令緩存區(qū)滿時為止。當載波消失后，MODEM 就自動返回到命令狀態(tài)。此時 MODEM 一般都處于掛機狀態(tài)(離線命令狀態(tài))，DTE 只有在命令狀態(tài)才能對 MODEM 進行控制，包括修改參數、撥號等。一般 MODEM 有兩個狀態(tài)，即命令狀態(tài)和在線狀態(tài)。其他控制信號在初始化時均處于 OFF 狀態(tài)。應答呼叫過程是指 MODEM 從接收到振鈴信號開始，到數據傳輸結束后MODEM 和 DTE 恢復到原來的空閑為止的過程。接收方也需要通過MODEM 從電話線將信號解調，將模擬信號轉換為數字信號，然后串行發(fā)送到接收方，即 MODEM 實現 DTE 數據與適合通過電話線傳輸的數據之間的轉換。整個通信結構仍是主從方式，后臺主機隨時呼叫前方從機。兩種通信方式的核心都是調用通信子程序。定時通信就是定時電路周期性產生一個中斷，在中斷服務程序觸發(fā)通信，因此此時的通信程序就是定時中斷服務程序。圖 樓宇集中器與小區(qū)集中器通信程序流程圖 小區(qū)集中器通信程序設計小區(qū)集中器程序總體包括三部分：初始化主程序，從樓宇集中器匯集數據的通信程序，向后臺主機輸送數據的通信程序。通信程序的協(xié)議為：⑴主機發(fā)送的控制命令代碼(發(fā)送時 TB8=0)00H：要求從機發(fā)送數據塊01H：要求從機調用用戶現場數據02H：要求從機增加一用戶03H：要求從機減少一用戶04H：發(fā)送下一幀05H：重新發(fā)送⑵主機發(fā)送的 0FFH(發(fā)送時 TB0=l)是對所有從機起作用的命令，命令所有從機恢復到 SM2=l 狀態(tài)，準備重新接收主機發(fā)送的地址。與小區(qū)集中器的通信程序：在此結構中，樓宇集中器就變?yōu)閺臋C，主機為小區(qū)集中器。和用戶水表的通信程序：本樓宇級向下通信程序分定時觸發(fā)和命令觸發(fā)。⑶從機應答數據格式為：AAH ERR XX XX XX TRDY CRERR=1：表示從機接收到非法命令TRDY=1：表示從機發(fā)送準備就緒⑷從機發(fā)送數據格式ABH 用戶地址 用水量 校驗和 CR 其中，前導符“AA”占用一個字節(jié)，用戶地址占用兩個字節(jié)，用水量占用兩個字節(jié)，CR 為結束標志，占用一個字節(jié)，為 13H，所有的數據都是以十六進制定長的方式傳輸，程序流程圖如圖 所示。任何通信都要遵守一定的規(guī)則，本設計在樓宇級和用戶級之間的通信協(xié)議如下：⑴主機發(fā)送的控制碼(發(fā)送時 TB8=0) 01H，要求從機發(fā)送數據塊；01H 用戶地址 XX XX 校驗和 CR①01H：占用一個字節(jié)，為控制命令；②用戶地址：占用兩個字節(jié)，控制“用戶地址”的用戶向樓宇集中器傳送水表數據，用戶地址為 0001H～FFFFH；③XX XX：此命令之中不用，填充 00H 00H；④校驗和：占一個字節(jié)，?。?1H）＋（用戶地址）＋（ XX XX）的低八位；⑤CR：結束標志，占用一個字節(jié)，為 13H；命令中所有的數據都是以十六進制定長，即可固定為七個字節(jié)的方式傳輸。通信程序：該程序完成用戶水表和樓宇集中器之間的數據傳輸，每個用圖 用戶水表脈沖采集程序框圖戶和樓宇集中器之間的通信結構都是主從結構，即通信由樓宇集中器觸發(fā)，而用戶水表前端只是被動的傳輸數據。T0 溢出中斷服務程序：由于 T0 是用來監(jiān)視兩個脈沖之間的間隔，當間隔大于 T0 所定的時間時，T0 會溢出中斷，使整個系統(tǒng)處于空閑工作狀態(tài)，從而達到節(jié)電的目的。 用戶水表采集塊程序設計脈沖采集程序：在本級脈沖采集設計中，用戶水表每采集一個脈沖，就觸發(fā)微處理器中斷一次，該中斷服務程序就實現脈沖采集的任務。只有地址號與主機發(fā)出的地址相同的那臺從機由于 SM2=0，不管接收到的第九位為何值，都能激活RI，接收到的數據有效。在每個從機的中斷服務程序中進行識別：主機發(fā)出的地址信號是否與本地從機的地址號相同，相同的從機置 SM2=0，不同的從機 SM2=1 保持不變。此時所有從機 SM2 都設置為一，所有從機都接收到地址信號，且接收到的第九位進入從機 RB8，使 RB8=1。主機首先發(fā)出要求通信的從機的地址號。接收時，當接收機的 SM2=1 時，只有接收到RB8=1 才能激活 RI，接收數據才有效。串行口以方式三發(fā)送數據時數據第九位是可編程位。圖 樓宇集中器和各用戶水表之間的通信結構框圖 本通信程序采用全雙工方式，下面對單片機的多機通信原理進行簡單闡述。由串行口控制寄存器 SCON 的操作模式選擇位 SM0 置 0、SM1 置 1 設置為模式 1，當定時器/計數器 T1 模式控制器 TMOD 中 C/T=0 和 M1M0=10 時，定時器/計數器 T1 設置成模式 2 方式作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為：波特率=（T1 的溢出率） / n當 SMOD=0 時，n=32；當 SMOD=1 時，n=16 ， （本設計中 SMOD=0）則波特率=(T1 的溢出率) 2SMOD/32T1 的溢出率=(? 1/12)/(28T1 初值)得：波特率=(T1 的溢出率 ) 2SMOD/32 =［ ﹙? 1/12﹚/﹙2 8T1 初值﹚］ 2SMOD/32所以定時器/計數器 T1 初值為：TL1=TH1=28﹙?1 2SMOD﹚ / ﹙1232波特率﹚=256﹙ 106﹚/﹙12 321200﹚=25624=232=0E8H，用戶水表和樓宇集中器之間的通信是主從動方式，即樓宇集中器周期性觸發(fā)通信，而用戶水表只是被動的傳輸數據。 IE ES 為串行中斷允許控制位，ES=1 允許串行中斷，ES=0 禁止串行中斷。在 CMOS 型單片機中，除 SMOD 位外，其它位均為虛設的，SMOD 是串行口波特率倍增位，當 SMOD=1 時，方式 3 的波特率加倍。（7） RI：接收中斷標志位；可位尋址標志位，接收完第 8 位數據后，該位由硬件置位，在其它工作方式下，該位有硬件置位，RI=1 表示接收完成。（5） RB8：接收數據位 8；在方式 2 和方式 3 中，RB8 存放接收到的第 9 位數據，用以識別接收到的數據特征。（4） TB8：發(fā)送接收數據位 8在方式 2 和方式 3 中，TB8 是要發(fā)送的即第 9 位數據位。工作于方式 0 時，SM2 必須為 0。接收狀態(tài)：當串行口工作于方式 2 或 3，以及 SM2=1 時，只有當接收到第9 位數據為 1 時，才把接收到的前 8 位數據送入 SBUF，且置位 RI 發(fā)出中斷申請，否則會將接收到的數據放棄。在復位時所有位被清 0，字節(jié)地址為 98H。串行口對外也有兩條獨立的收發(fā)信號線 RXD 和TXD，因此可以同時發(fā)送、接收數據，實現全雙工傳送。 SBUFSBUF 是 AT89C51 串行口的接收、發(fā)送緩沖器，該緩沖器的控制操作可通過指令對 SBUF 的讀寫來區(qū)別是對接收緩沖器的操作還是對發(fā)送緩沖器的操作。它的控制寄存器共有兩個。W77LE58 單片機有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器 SBUF，可同時發(fā)送、接收數據，發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能讀出不能寫入。接收、發(fā)送均可工作在查詢方式或中斷方式，使用十分靈活。它有 4 種工作方式，可供不同場合使用。W77LE58 輸出的是 TTL 電平，而 MODEM 輸出電平為正負 12V，故兩者需要 MAX232 進行電平轉換這樣 W77LE58 就可通過 P1 口對 MODEM 進行控制或查詢其工作狀態(tài)，利用其串行口與 MODEM 進行數據交換。這里微處理器和MODEM 的接口如圖 所示。跟樓宇集中器一樣，小區(qū)集中器由微處理器、E 2PROM 存儲器、RAM 存儲器、復位電路、前向通信接口電路、后向通信接口電路、電源電路、備用電源、定時電路、看門狗電路組成，其結構框圖如圖 所示。另外，它還隨時應答后臺主機的呼叫，以把匯集的數據送入后臺主機進行管理。 小區(qū)集中器小區(qū)集中器是樓宇集中器和后臺主機之間數據的一個中轉站。在系統(tǒng)設計中，系統(tǒng)采用單片機的兩個 IO 口 P20 和 P21 與 PCF8583 的 SCL 和 SDA 相連接，通過軟件模擬 I2C 總線，在本系統(tǒng)中運用 PCF8583 的日歷/時鐘功能為系統(tǒng)提供永久的持續(xù)時間和定時中斷功能，其中 INT1 為單片機的外部中斷接口。④數據操作格式由于 PCF 8583 所有的計數器、控制寄存器都占用了 RAM 存儲單元，故對PCF8583 的各種操作，如控制狀態(tài)寄存器控制字的設置、時鐘的設置及讀出、起鬧控制設置等都體現在對 PCF 8583 RAM 單元的讀寫操作，而這些操作都是I2C 總線中典型的主方式下的讀、寫操作。D1：置位時，星期一允許起鬧。D3：置位時，星